廢氣焚燒爐系統(tǒng)設(shè)計與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用研究

摘 要：當前主要采用焚燒法處理有毒有害的廢氣，為此亟需進行廢氣焚燒爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以采用上位機與下位機相結(jié)合的方式，設(shè)計焚燒爐爐體結(jié)構(gòu)、燃燒器及配風管道系統(tǒng)的軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)，并對其進行調(diào)試安裝和后期維護，以較好地實現(xiàn)對廢氣的焚燒處理。

關(guān)鍵詞：廢氣焚燒爐；軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0224-01

引 言

面對當前環(huán)保及節(jié)能減排的趨勢，要重視對工業(yè)廢氣中有毒有害組分的處理，通常采用焚燒法進行處置，并大規(guī)模推廣廢氣焚燒處理裝置和技術(shù)，然而在實踐中也暴露出一些缺陷和問題，諸如：廢氣噴嘴無法與燃燒器相匹配，導(dǎo)致廢氣由爐膛逃逸；燃燒不充分；焚燒爐出現(xiàn)余熱鍋爐積灰等，為此有必要加強對廢氣焚燒爐的設(shè)計，并基于PLC系統(tǒng)和技術(shù)設(shè)計研發(fā)廢氣焚燒爐的軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)，使焚燒處理的高溫煙氣熱量轉(zhuǎn)化為可利用的熱能，獲得良好的節(jié)能環(huán)保效果。

1 廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標及思路

廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計旨在保證燃燒器結(jié)構(gòu)、爐內(nèi)配風布置結(jié)構(gòu)、爐體結(jié)構(gòu)的合理性，使之能夠在合理的工藝系統(tǒng)流程條件下，進行現(xiàn)場PLC控制和配套軟冗余監(jiān)控，該系統(tǒng)主要是面對乙二醇裝置廢氣處理的需求，處理有毒有害廢氣，體現(xiàn)出自動化程度高、余熱回收效率高、運行安全穩(wěn)定等特點。

廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)的總體思路主要為：明確系統(tǒng)輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)等指標，制定廢氣焚燒及余熱回收裝置的工作參數(shù)及工藝控制流程，使廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的廢氣燃燒器具有高強度的有效燃燒旋流，排煙溫度<250℃，余熱回收率≥75%，實現(xiàn)廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的PLC自動獨立控制。

2 廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

（1）廢氣組合式燃燒器。廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的組合式燃燒器要體現(xiàn)出良好的配風調(diào)節(jié)性能、點火性能和安全監(jiān)測性能，其設(shè)計關(guān)鍵構(gòu)件主要包括有：電點火器接口、長明槍、點火空氣入口、點火風葉輪、網(wǎng)罩、看火孔、火焰監(jiān)測器等。

（2）廢氣焚燒爐及配風裝置。廢氣焚燒爐要保證良好的燃燒工況，并能夠進行二次燃燒，在冷卻風的配套應(yīng)用下，較好地保持爐內(nèi)的溫度，通常將其控制在950～1050℃為宜。為了達到更好的運行效果，可以將燃燒器出口處設(shè)計成錐體結(jié)構(gòu)，添加二次配風噴管，并設(shè)計采用鋼板卷制、內(nèi)襯耐火材料的爐膛結(jié)構(gòu)，其長度為65m，廢氣在爐膛內(nèi)的停留時間不低于1.3s。同時，考慮燃燒器廢氣入射角、配風比例調(diào)節(jié)等因素，計算廢氣在爐膛中焚燒的溫度約為1000℃，以確保廢氣裂解的完全性。

（3）余熱鍋爐。廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的余熱鍋爐主要設(shè)計如下構(gòu)件：壓力接口、放空口、安全閥門、蒸汽閥口、汽包入孔、下降管排污口、煙氣進口等?？梢栽O(shè)計采用薄管板，避免廢氣焚燒爐高溫煙氣與汽水混合物之間的熱應(yīng)力而引發(fā)的變形。還要設(shè)計磁套管，減少和規(guī)避管頭及焊縫受高溫煙氣的沖刷和腐蝕。并且，在前管板要敷設(shè)高溫耐火澆注料，規(guī)避高溫煙氣輻射對前管板、煙管的變形損壞現(xiàn)象[1]。

（4）軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)。廢氣焚燒爐的軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)要能夠自動啟動點火順控制程序，并能夠進行爐膛溫度及升溫自動控制，可以自動調(diào)節(jié)出口蒸汽壓力、汽包液位，并對系統(tǒng)實施聯(lián)鎖保護和故障預(yù)警。其主要構(gòu)成主要包括有以下內(nèi)容：

（1）實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件。該系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）軟件采用循環(huán)掃描的工作方式，實現(xiàn)了實時的數(shù)字化自動控制，并日趨集中分散化的自動控制模式，適用于高可靠性、惡劣環(huán)境的復(fù)雜應(yīng)用控制。設(shè)計采用上位機（工控機PC）與下位機（PLC）相結(jié)合的方式，實現(xiàn)PLC自診斷、通訊、輸入輸出處理、程序執(zhí)行等操作，具有極強的抗干擾性能。具體來說，上位機體現(xiàn)出如下功能：①實時監(jiān)視和顯示溫度、流量、壓力等參數(shù)，并對異常情況進行報警和響應(yīng)。②監(jiān)視并顯示系統(tǒng)各組成部分的運行狀態(tài)。③通訊過程。PLC采用通信技術(shù)，利用多種數(shù)據(jù)接口與上位計算機進行數(shù)據(jù)通信，并采用串行通信、分布式多級鏈接模式，實現(xiàn)對PLC的集中監(jiān)視和管理[2]。

（2）實時監(jiān)控系統(tǒng)的軟件。①廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的上位機主要采用STL、FBD、LAD等編程方式，它們各有其應(yīng)用特點，可以通過混合編程的方式，實現(xiàn)復(fù)雜的運算。并采用Windows XP操作系統(tǒng)軟件，體現(xiàn)出多線程的先進性和穩(wěn)定性，還具有直觀、可視化的人機交互功能。②廢氣焚燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)的下位機主要采用STEP7編程語言，通過調(diào)用語句形成結(jié)構(gòu)化的用戶程序，主要包括組織塊、功能塊和數(shù)據(jù)塊，充分體現(xiàn)PLC結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的清晰性和可修改性。

3 小 結(jié)

綜上所述，廢氣燃燒爐系統(tǒng)與軟冗余監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要基于運行需求進行合理的設(shè)計，可以研發(fā)設(shè)計大容量的廢氣組合式燃燒器、分級配風式焚燒爐、PLC技術(shù)下的軟冗余自動監(jiān)控系統(tǒng)，較好地實現(xiàn)對廢氣焚燒的自動點火控制、工藝流程控制和實時監(jiān)控，通過設(shè)計相關(guān)的硬件和軟件編程組態(tài)技術(shù)，實現(xiàn)對復(fù)雜工藝過程的自動監(jiān)控和聯(lián)鎖報警等操作，提升廢氣焚燒及余熱回收的效率，充分體現(xiàn)其環(huán)保、節(jié)能的應(yīng)用優(yōu)勢和性能，有極其廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]白 剛.基于DCS廢氣焚燒爐優(yōu)化控制的研究[D].西安石油大學2014.

[2]陸文一.基于PLC的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計[D].上海交通大學2011.

收稿日期：2018-11-8

作者簡介：王慶龍（1976-），男，漢族，江蘇南京人，大專，從事廢液廢氣焚燒處理方面電氣及自動化方面的研究工作。